一、电磁感应定律的建立
1.法拉第确立电磁感应定律
奥斯特的发现和日新月异的电流磁效应的研究成果极大地激励了英国学术界。1821年，英国《哲学年鉴》主编邀请著名化学家戴维撰写一篇文章，综合评述奥斯特电流磁效应发现以来的电磁学发展概况。戴维将这一工作交给了助手法拉第，法拉第在收集材料过程中对电磁学研究产生了兴趣和热情，从此法拉第将研究工作转向了电磁学。
（1）法拉第发明电磁旋转器
1821年4月，英国大化学家、物理学家沃拉斯顿设计了一个实验：将可自由转动的磁棒置于通电导线的一侧，使之产生旋转运动。几次实验都遭到了失败，沃拉斯顿灰心了。人们都认为，沃拉斯顿做不成的实验，别人是做不成的。但法拉第却认为，沃拉斯顿的这种设计是合理的，既然小磁针在电流作用下有环绕电流运动的趋向，那么沃拉斯顿的设想就有实现的可能。于是，法拉第设计了一台电磁旋转器（如图），其中一部分是实验磁体绕电流旋转，另一部分是通电导体绕磁体旋转。
法拉第在《电学的实验研究》中有如下描述：“这个装置有一旋转器个长宽约3×6英寸的水平台，台上装有6英寸的铜支架，其中有导线通过，一端的导线是固定的，在这一方有一个装有水银的玻璃杯，杯中装有可自由转动的磁极，杯底铜柱连接电源，另一端导体是可以自由转动的，并浸入一个稍浅的水银杯中，杯中有一固定磁极，杯底也有导线与水银连通着。”
法拉第使用的电源是10组极板的伽伐尼电池。这个装置比较小，但很灵敏。接通电源后，左端的自由磁极和右端的自由导体同时产生运动，其转动方向由电流方向和磁极极性决定，遵守安培定则。电磁旋转器是电动机的实验室雏型，它对人类利用电能具有划时代的意义。法拉第关于电磁旋转器实验的文章被刊登在1821年9月3日英国的《科学季刊》上。这次成功，充分显示了法拉第无与伦比的实验技能和技巧，是他的科学天才出现的第一次高峰。同时也强有力地激发了法拉第对电磁学的研究信心和热情。
（2）法拉第发现电磁感应现象
英国科学界普遍认为，作用总应伴随着反作用。奥斯特的发现是“电生磁”，促使人们想到了“磁生电”。法拉第就是最早想到“磁生电”的科学家之一。
法拉第相信各种“自然力的统一”，追求这种统一，他确信客观事物本身的结构具有对称性。这是法拉第进行科学研究的思想基础。另一方面，法拉第也是讲求实际的科学家，他认为伏打电堆庞大笨重、造价昂贵，并且电力不足，应该想法设计和制造一种新式电源，以提供清洁、轻便、廉价的强大电力。基于这种观念，他从1822年起即致力于“磁生电”的实验研究，他在一篇日记中写道：“我们要使磁产生电。”“从普通的磁中获得电的希望，时时激励着我从实验上去探求电流的感应效应。”
刚开始，他用磁铁靠近导线，希望从导线中感应出稳定的电流来，并用电流计探测，电流计指针没有偏转。他怀疑这是磁场不够强的原因，就极力地增强磁场，还是不行。后来，他改用通电线圈代替磁铁，仍未看到电流计指针偏转。1828年，他将磁铁放在悬挂着的铜环旁，盼望着从铜环中得到感应电流，仍然归于失败。当时有一种错误观念，这种观念认为：感应电流只同磁力的存在有关，感应电流是一种持续的电流。这种观念的影响致使法拉第10年探索未获成功。
1831年8月29日，法拉第想用一条通电导线的磁场从另一条导线中激发出感应电流来。实验中，为了增强磁场和感应电流，他将两条直导线绕在铁环上，形成两个共芯螺线管。他看到，每当接通或断开一个线圈的电源时，另一个未接电源的线圈中激起了瞬时电流，而且当通电线圈中电流稳定时，另一线圈中电流消失。在这一天的日记中，法拉第对实验装置和他所发现的现象作了真实具体的描述：
“用7／8英寸的软铁棒，制成一个外径为6英寸的圆环。在环的一边（B边），用三段纱包铜线（每段24英寸长）缠绕在圆环上，每绕一段后用白布包好。使用时这三段铜线可以连成一段，最后要检查各段铜线之间是否绝缘好。我们将铁环的左边称为A边。在铁环的A边，用两段总长为60英寸的铜线，绕上与B边完全相同的线圈，两线圈之间留有空隙。”
“用一根长导线把B边线圈两端连接起来，并把直导线的一段架置在离线圈3英尺远处的一个磁针的正上方。当将电池与A边线圈接通时，小磁针立即产生明显摆动，最后又稳定在原来的位置上。当切断A边与电池的连接时，小磁针再一次出现暂时性的扰动。”
法拉第很精心，他注意到了接通电路和断开电路时小磁针有相反的转向。
法拉第历经艰辛后终于发现了电磁感应现象。他不满足已有的发现，进一步提出了三个新的问题：①铁环是产生感应所必需的吗？②线圈A是必须的吗？③用什么方法能够产生持续电流，使它能产生电池的效果？他继续进行实验，以求得这些问题的解答。
法拉第将用纱布包起来的铜线绕在很粗的木棒上，再在它的外层绕上同样长度的纱包线，使一个线圈连上电流计，另一个线圈接上电源。在电路接通和断开时，电流计的指针都发生了明显的摆动。9月24日，他用两个条形磁铁代替线圈A，依然观察到了电流计指针偏转。他写道：“同样效应也可以用寻常磁体产生：用两根各5英尺长的铜线将线圈与电流计连接，并把软铁棒插入线圈中。取两条24英寸长的磁铁，使它们按异性磁极并在一起。然后，把一端分开如马蹄形磁铁，让带线圈的软铁棒夹在其间。”这套装置，如下图所示。
他继续写道：“当铁棒与磁极接触时，指针立即发生摆动，然而继续接触时，指针仍回到原来的位置。当脱离接触时，指针又一次发生摆动，但指针的摆动方向与前次相反。若调换磁铁两极时，指针摆动方向与前次相反。”为了寻求第③个问题的答案，10月17日，法拉第“用厚纸制成一个圆筒，筒外缠绕8段总长为220英尺长的铜线。将线圈的两端与检流计相连。再取直径3／4英寸、长为8．5英寸的棒磁铁……插入线圈时，检流计的指针向某一方向摆动，……拔出时，指针则向前次摆动方向的相反方向摆动。……若磁铁插入又拔出时，指针向一方向摆动后停止，接着再向反向摆动。”
1831年10月28日，法拉第将一个圆形铜盘放在永久磁铁的两极之间，盘面对着磁极，并且可以绕着通过中心的轴转动。他将可以导电的转轴和盘沿用导线连在检流计上，当圆盘转动时，检流计中就有了持续电流。这就是法拉第发明的铜盘发电机。它将机械能转化为电能，实现了电能的连续开发。
电磁感应现象的发现是法拉第科学研究生涯的第二个高峰。
（3）电磁感应定律的确立
1828年，美国物理学家亨利研究电磁铁，通过实验得知，铁芯上绕的线圈匝数越多电磁铁的磁性越强。为了防止铜线之间发生短路，他将妻子的丝绸裙子撕成布条。用来包裹导线，制成了较强的电磁铁。他将铜线缠至400匝，制成了可以提起一吨重物体的强力电磁铁。
亨利在电磁铁研究中想到了：既然“电能生磁”，难道磁就不能生电吗？1830年，亨利在一根条形软铁芯上绕了一个铜线圈，用细铜丝将线圈的两端与40英尺远的电流计相连接，然后将这个带线圈的软铁棒放在电磁铁的两极间。如下图所示。当电磁铁通电瞬间，他发现电流计指针突然产生了偏转，电磁铁电流稳定时，电流计指针恢复原位。如果将电磁铁电流切断，在切断的一瞬间电流计指针也发生偏转，转向与通电瞬间相反。这一实验结果发表在1832年7月的《美国科学》杂志上，比法拉第论文发表晚了近一年。
亨利在1829年8月，研究不同长度的导线线圈对电磁铁吸引力的影响时，在切断电源瞬间看到了电火花，发现了自感现象。第二年他继续研究。1832年发表了《在长螺旋线中的自感》一文。人们为了纪念他，将自感的单位定名为“亨利”。自感现象是一种由电流变化引起的电磁感应现象。亨利1831年还发明了一种电动机，发明了继电器。1842年，确定了电容器放电的振荡性质。他是美国继富兰克林之后最有成果的物理学家。
法拉第在1831年11月24目向英国皇家学会报告了《电学的实验研究》的结果。他将产生电磁感应的条件概括为：①变化的电流；②变化的磁场；③运动的稳恒电流；④运动的磁铁；⑤在磁场中运动的导体。并将“磁生电”的现象定名为“电磁感应”。
法拉第在概括了以上五种情况之后，又进一步作了综合分析，找到了产生电磁感应的基本条件——二次电路（B线圈）中磁力线数量变化。这样就确立了电磁感应定律：导体线圈中的磁力线数量发生变化将在线圈中激起感应电流。
法拉第是伟大的物理学家、化学家、发明家，是电磁理论的奠基人。1791年9月22日，法拉第生于英国伦敦，父亲是铁匠，家境贫困，小学未毕业就当报童。13岁到一个书店当学徒，学徒期间他用业余时间阅读了大量科学书籍，曾四次听化学家戴维的公开学术讲演。为了得到戴维的具体指导，他将自己的课堂笔记和精美的画图装订成册，连同一封自荐信寄给戴维。戴维慧眼识人，热情地邀请他到皇家学会当自己的助手。1813～1815年，法拉第随戴维到欧洲大陆一些国家旅游和讲学，他既是助手，也是管家和仆人。这次外出使他开阔了眼界，接触了一些当时知名的科学家。法拉第工作勤奋，任劳任怨，聪明好学，思维敏捷，圆满地完成了戴维交给的一切工作。1816年，他发表了第一篇论文，以后两年中在化学、气体液化和特殊钢研究方面取得了成果，连续发表了17篇论文。法拉第科研能力之强在当时的年轻人中是很罕见的。1820、年后，法拉第将研究方向转移到电磁学。40多年的科海生涯中，他硕果累累，功勋盖世。
法拉第之所以能在科学方面获得如此巨大成果，是因为他一贯坚持朴素的唯物主义自然观并具有很强的辩证思维能力和惊人的创造性。他相信世界图景的实在性，相信自然力的统一，他坚持实践，辛勤耕耘，独立思考，兼听意见，不断地进行开拓和创新。法拉第曾说：“自然哲学家应当是这样一种人，他愿意倾听每一种意见，却下决心要自己作出判断；他应当不被表面现象所迷惑，不对每一种假说有偏爱，不属于任何学派，在学术上不盲从大师。他应当重事不重人，真理是他的首要目标。如果有这些品质，再加上勤勉，那么他确实有希望走进自然的殿堂。”这段话非常精辟，非常真切，是一切科学工作者的至理名言。
法拉第一生致力于科学研究事业，不图虚荣，甚至不接受为他增加的薪水。他成名之后，世界各国赠给他的学位、学衔和其他荣誉达94种之多，他从来不向任何人展示和炫耀，他说：“我从来没有为追求这些荣誉而工作。”法拉第一生中一直过着清贫而简朴的生活。一个外来的年轻学者在皇家学会实验楼门厅中遇见这位穿着老式衣服的瘦小老头时，误把他当成了勤杂工。当得知这就是名扬四海的法拉第时，年轻学者惊诧得说不出话来。法拉第为后人留下了巨大的知识财富，他的代表作是《电学的实验研究》。他还是一位了不起的科普作家，曾写过《蜡烛的化学史》等书，被译成多种文字，流传很广。伟大的物理学家、经典电磁学奠基人麦克斯韦曾说：“我们把法拉第首先看作是科学家中最有成效、最崇高的典型……他高尚简单而无戏剧性的紧张情节的生活，将同他那使他名字不朽的发现一道永远铭刻在人们的记忆中。”
法拉第是当时世界上许多科学学会的会员，是当时物理学家公认的领袖，是自伽利略以来，从来没有见过的头脑中涌现出那么多奇妙思想和发现的科学巨人，是自学成材的典范，是人类走向电气时代的开路先锋。1867年8月25日，他坐在椅子上安详地去世。
2.电磁感应定律开辟了电气时代的新纪元
电磁感应定律确立以后，电磁学理论和电气技术的发展日新月异，无比迅猛。1832年，法国发明家皮克希依据电磁感应定律制成了永磁交流发电机，当年9月3日在巴黎科学院公开展出。后来按照安培建议，把一个整流子加在发电机上，得到了直流电。第二年11月在英国伦敦展出。皮克希的发电机得到的电流虽然很小，但却是第一台实用的发电机，是所有现代发电机的雏形。1832年德国的高斯提出了绝对单位制，他引入了三个基本单位：秒、毫米、毫克，推动了电磁学理论研究和电磁计量技术的发展。1833年，高斯和韦伯发明了电磁电报机，这是现代电信技术领域的一次突破性进展。
1833年俄国物理学家楞次在深入研究奥斯特、安培和法拉第研究成果的基础上，提出了确定感应电流方向的右手定则——楞次定律：感生电流的方向总是使其产生的磁通用来阻碍原磁通变化的。这一定则的出现，使法拉第电磁感应定律进一步趋于完善。楞次在同年发表的另一篇论文《关于伽伐尼电流的几个实验》中，从理论上给出了电与磁相互转换的可逆性原理，文中写道：“每一电磁实验，都可以转换成相应的磁电实验。为此只要把电磁实验中所发生的运动，以其他某种方式传给伽伐尼电流的导体，这时导体内就会产生电流，其方向和电磁实验中所用的电流方向相反。”楞次定律实际上是能量转化与守恒定律的特殊情况，是机械能与电能相互转化关系的具体表现，对普遍的能量转化与守恒定律的发现起了促进作用。楞次定律可以引出电磁惯性原理，这一原理对解决一系列电工理论问题有重要意义；楞次由他的定律得到了发电机和电动机的可逆性原理，为实用电工学奠定了基础。
在1833年，意大利物理学家梅洛尼制成了温差电堆，这是依据温差电现象制成的一种新型电源。
在这一年里，最重要的发现应属法拉第电解定律。电解定律除有巨大的实用价值外，在理论上成为支持电的分立性质的重要依据。法拉第还发明了伏特计，用来测定电压和电动势。从1837至1848年的十多年里，电磁学理论和电气技术方面成果层出不穷。